可逆电极过程

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极,常简称为汞齐电极。碱金属与水反应很激烈,不能直接插在其盐水溶液中,常将其做成汞齐电极。例如,将钠溶于汞中,再放入含有钠离子的水溶液中就形成了钠汞齐电极,电极表达式为 Na(Hg)(aNa)|Na(aNa+),电极反应为

?????? Na(Hg)(aNa) Na(aNa+)+Hg(l)+e ????作负极+

+

作正极在上述两类电极中,只有金属离子可以迁越相界面。

(3) 铂-非金属-非金属离子电极

由气态、液态或固态非金属与它所生成的离子的溶液所构成,常简称为非金属电极。由于非金属的导电性能很差,故要借助金属铂来承担传输电流的作用。溴电极是液态非金属电极,电极表达式为Pt,Br2(l)|Br,电极反应为

?????? 2Br(a-) Br2(l)+2e ????作负极-

作正极碘电极是固态非金属电极,电极表达式为Pt,I2(s)|I(a-),电极反应为

?????? 2I(a-) I2(s)+2e ????作负极-

作正极对于气态的非金属电极也称为气体电极,常见的气体电极有:

氢电极 在酸性溶液中,表达式为 Pt,H2(p)|H(m),电极反应为

?????? H2(p) 2H(a+)+2e ????+

+

作正极作负极-

在碱性溶液中,表达式为 Pt,H2(p)|OH(a-),电极反应为

?????? H2(p)+2OH(a-) 2H2O(l)+2e ????作负极-

作正极氧电极 在酸性溶液中,表达式为 Pt,O2(p)|H(m),电极反应为

?????? 2H2O(l) O2(p)+4H(a+)+4e ????作负极+

+

作正极在碱性溶液中,表达式为 Pt,O2(p)|OH(a-),电极反应为

?????? 4OH(a-) O2(p)+2H2O(l)+4e ????-

作正极作负极氯电极 表达式为 Pt,Cl2(p)|Cl(a-),电极反应为

?????? 2Cl(a-) Cl2(p)+2e ????作负极-

作正极(4) 金属-微溶盐-微溶盐的负离子电极

在金属表面覆盖一层该金属的微溶盐,再浸入含有该盐的负离子溶液中即形成金属-微溶盐-微溶盐的负离子电极,或简称为微溶盐电极。常用的微溶盐电

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极有:

氯化银电极 表达式为 Ag(s),AgCl(s)|Cl(a-),电极反应为

?????? Ag(s)+Cl(a-) AgCl(s)+e ????作负极-

作正极甘汞电极 表达式为 Hg(l),Hg2Cl2(s)|Cl(a-),电极反应为

?????? 2Hg(l)+2Cl(a-) Hg2Cl2(s)+2e ????作负极-

作正极在这一类电极中,还有由金属-微溶金属氧化物或氢氧化物-含有H或OH的溶液所构成的电极,也称为微溶氧化物或氢氧化物电极。例如:

氧化汞电极 在酸性溶液中,表达式为 Hg(l),HgO(s)|H(a+),电极反应为

?????? Hg(l)+H2O(l) HgO(s)+2H(a+)+2e ????作负极+

+

+-

作正极在碱性溶液中,表达式为 Hg(s),HgO(s)|OH(m),?电极反应为

?????? Hg(l)+OH(a-) HgO(s)+H2O(l)+2e ????作负极-

作正极氢氧化镁电极 在碱性溶液中,表达式为 Mg(s),Mg(OH)2(s)|OH(a-),?电极反应为

?????? Mg(s)+2OH(a-) Mg(OH)2(s)+2e ????-

作正极作负极此类电极在电化学中比较重要,因其制备较易,使用方便,一些既能形成第(3)类电极,又能形成此类电极的负离子(如Cl、OH),常制成此类电极使用。

(5) 氧化-还原电极

由惰性金属Pt插在同种元素形成的不同价态的两种离子(或原子团、分子)共存的溶液中而构成。两种不同价态的离子在惰性金属Pt的表面上发生氧化-还原反应,并由Pt承担传输电子的作用。

例如,将Pt插入含有Fe和Fe的溶液中形成的Fe-Fe电极,?电极表达式为 Pt|Fe(a1),Fe(a2),电极反应为

?????? Fe(a1) Fe(a2)+e ????作负极3+

2+

2+

3+

2+

3+

2+

3+

作正极再如,将Pt插入含有Cr2O7和Cr的酸性溶液中形成的Cr2O7-Cr电极,?电极表达式为 Pt|Cr2O7(a1),Cr(a2),H(a3),电极反应为

?????? 2Cr(a2)+7H2O(l) Cr2O7(a1)+14H(a3)+6e ????作负极2+

+

3+

2-

3+

+

2-3+2-3+

作正极

再如,将Pt插入含有醌(即对苯醌C6H4O2)和氢醌[即对苯二酚C6H4(OH)2]的酸性溶液中形成的醌-氢醌电极,电极表达式为 Pt|C6H4O2(a1),C6H4(OH)2(a3),H(a3),电极反应为

?????? C6H4(OH)2(a3) C6H4O2(a1)+2H(a3)+2e ????作负极+

+

作正极此类电极中,只有电子迁越相界面。

4. 电池表达式与电池反应式的“互译”

(1) 根据电池表达式写出电池反应式

先分别写出两极的电极反应,配平原子数及电荷,并使两电极反应中的电子数相等,然后再把两个电极反应相加并整理。

例题1 写出下列电池表达式对应的电池反应式 ① Ag(s),AgCl(s)|CuCl2(aq)|Cu(s) ② Pt,H2(g)|NaOH(aq)|HgO(s),Hg(l) ③ Pt|Sn(a1),Sn(a2)‖Hg2(a3)|Hg(l)

解: ① 负极反应 2Ag(s)+2Cl(a-)─→2AgCl(s)+2e 正极反应 Cu(a+)+2e─→Cu(s)

────────────────────── 电池反应 2Ag(s)+CuCl2(aq)─→2AgCl(s)+Cu(s) ② 负极反应 H2(g)+2OH(a-)─→2H2O(l)+2e 正极反应 HgO(s)+H2O(l)+2e─→Hg(l)+2OH(a-) ──────────────────────── 电池反应 H2(g)+HgO(s)─→H2O(l)+Hg(l) ③ 负极反应 Sn(a1)─→Sn(a2)+2e 正极反应 Hg2(a3)+2e─→2Hg(l) ──────────────────── 电池反应 Sn(a1)+Hg2(a3)─→Sn(a2)+2Hg(s)

(2) 根据电池反应式写出电池表达式

一般是先找出反应中的两个氧化-还原电对,并确定出各电对所对应的电极及表达式,再根据各电对中元素价态的变化确定出正、负极,然后将两电极表达式安排成电池表达式。最后对写出的电池表达式进行验证,以确定其是否正确。 例题2 写出下列电池反应式对应的电池表达式 ① Fe(a1)+Ag(a3)─→Fe(a2)+Ag(s) ② Pb(s)+Hg2SO4(s)─→PbSO4(s)+2Hg(l) ③ Ca(a+)+C2O4(a-)─→CaC2O4(s)

2+

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2+

+

3+

2+

2+

4+

2+

2+

4+

2+

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2+

4+

2+

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解: ① 此反应中两个氧化-还原电对分别是Fe-Fe、Ag-Ag。?前者对应于氧化-还原电极,电极表达式为 Pt|Fe(a1),Fe(a2);后者对应于金属电极,电极表达式为 Ag(s)|Ag(a3)。因为反应式中Fe氧化成Fe,Ag还原成Ag,故前者应为电池负极,后者应为电池正极。若两个溶液用盐桥连接,则该电池反应式对应的电池表达式为

Pt|Fe(a1),Fe(a2)‖Ag(a3)|Ag(s)

验证:负极反应 Fe(a1)─→Fe(a2)+e 正极反应 Ag(a3) +e─→Ag(s) ────────────────

电池反应 Fe(a1)+Ag(a3)─→Fe(a2)+Ag(s) 与给定反应式一致,写出的电池表达式正确。

② 此反应中两个氧化-还原电对分别是PbSO4-Pb、Hg2SO4-Hg,两者对应的都是微溶盐电极,电极表达式分别为 Pb(s),PbSO4(s)|SO4(a-)、Hg(l),Hg2SO4(s)|SO4(a-),因为反应式中Pb被氧化,Hg2被还原,故前者为负极,后者为正极。两者需用的溶液都含有相同的SO4,可共用一个溶液,则该电池反应式对应的电池表达式为

Pb(s),PbSO4(s)|SO4(a-)|Hg2SO4(s),Hg(l) 验证:负极反应 Pb(s)+SO4(a-)─→PbSO4(s)+2e 正极反应 Hg2SO4(s)+2e─→2Hg(l)+SO4(a-) ───────────────────────── 电池反应 Pb(s)+Hg2SO4(s)─→PbSO4(s)+2Hg(l) 与给定反应式一致,写出的电池表达式正确。

③ 此反应式中看不出各元素有氧化数的变化。?这种情况可以先根据反应物和产物的种类设想出一个与其对应的电极,因反应式中有Ca,可先设想用Ca

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+

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+

2+

3+

3+2++

和Ca组成金属电极 Ca(s)|Ca(a+)[也可以设想用Ca组成微溶盐电极 Ca(s),CaC2O4(?s)|C2O4(a-)],因所给反应式中无Ca,可在两边分别加上Ca,反应式变为

Ca+C2O4+Ca(s) ─→ CaC2O4(s)+Ca(s)

这时就可以找出两个氧化-还原电对了,它们分别是Ca-Ca、CaC2O4-Ca。两者对应的电极表达式分别为Ca(s)|Ca(a+)、Ca(s)+CaC2O4(s)|C2O4(a-)。对于电极Ca(s)|Ca(a-),因为Ca还原成Ca,故为正极;对于电极Ca(s),CaC2O4(s)|C2O4(a-),因CaC2O4氧化生成Ca,故为负极。两电极所用的溶液因反应产生沉淀,不能合并为一个溶液,若用盐桥将两个溶液连接,则该电池反应式对应的电池表达式为

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